0引 言
随着经济的快速发展和城市化进程的不断推进，深基础工程在建筑、交通、能源等领域的重要性日益凸显。桩工机械作为深基础工程施工的关键设备，其性能和技术水平直接影响着工程的质量和效率。齿轮泵作为桩工机械液压系统的核心部件之一，在新质生产力的背景下，面临着新的机遇和挑战。深入研究桩工机械用齿轮泵的发展趋向，对于提高深基础工程施工的效率和质量，降低成本，实现可持续发展具有重要意义。某大型企业生产的典型桩工机械设备如图1所示。用于大型桩工机械设备的大流量高压齿轮泵如图2所示。
图 1 某典型桩工机械设备
图 2 大型桩工机械设备用大流量高压齿轮泵
1 新质生产力的内涵与特征
1.1新质生产力的内涵
新质生产力是指在新技术、新产业、新业态、新模式等新经济形态下，以科技创新为核心驱动力，以提高资源利用效率、降低环境污染、提升产品和服务质量为目标，实现经济可持续发展的生产力。
1.2新质生产力的特征
新质生产力的特征分为创新性、高效性、绿色性、融合性，其结构如图3所示。
图 3 新质生产力的特征
创新性
通过不断引进新技术、新工艺、新材料来促进产业的升级和经济的发展，新质生产力强调了科学技术创新的核心地位。比如在桩工机械领域中，桩工的智能化水平随着数字化技术、人工智能技术和物联网技术的应用而不断提高，大大提高了施工的效率与质量。
高效性
新质生产力以最大限度地提高经济效益为目的，以提高资源利用效率、降低生产成本为重点，提高生产效率。在桩工机械用齿轮泵的发展中，通过对齿轮泵进行优化设计，提高齿轮泵容积效率和机械效率;采用先进的制造工艺和材料，使桩工机械的工作效率得到提高。
绿色性
经济发展与环境保护应相协调、相统一，以减少对环境的污染。注重采用环保材料和节能技术，减少泄漏和噪声污染，降低能源消耗，在发展桩工机械用齿轮泵方面做到绿色施工。
融合性
新质生产力推动不同行业间的一体化发展，不断形成产业生态和经济增长点。桩工机械用齿轮泵的发展需要与实现智能化、高效化、绿色化的液压技术、传感技术、控制技术、通信技术等多个领域进行深度融合。
2桩工机械用齿轮泵的技术现状
2.1齿轮泵的工作原理与特点
齿轮泵是一种依靠齿轮啮合运动来输送液体的容积式泵。它具有结构简单、体积小、重量轻、自吸性能好、工作可靠等优点，但也存在流量和压力脉动较大、噪声较高等缺点，其工作原理如图4所示。
图 4 齿轮泵的工作原理
2.2桩工机械对齿轮泵的要求
高压、大流量
桩工机械在工作过程中需要承受较大的负荷和冲击，对齿轮泵的性能要求较高，因此，桩工机械在使用过程中需要承受桩工机械的液压系统，并为桩锤、钻头等工作部件提供足够的压力和流量来进行驱动。据统计，在大型旋挖钻机中，液压系统工作压力可达35～45MPa，流量可达500～600L/min。齿轮泵要满足桩工机械的工作需要，需要有高电压和大流量的输出能力。
可靠性高
桩工机械的工作环境恶劣，齿轮泵在恶劣的环境下要能长期稳定地工作，需要有良好的可靠性和耐久性。行业调查表明，齿轮泵平均无故障工作时间应不短于5000h。
噪声低
桩工机械的工作噪声较大，为了降低施工现场的噪声污染，齿轮泵需要具备较低的噪声水平。一般来说，齿轮泵的噪声应控制在80dB以下。
2.3目前桩工机械用齿轮泵存在的问题
高压、大流量输出具有局限性
以某大型桩工机械为例，其所需液压系统流量为600L/min，而目前常用的单个齿轮泵最大流量仅为120L/min(此处120L/min远小于600L/min)。为满足系统要求，不得不采用5台齿轮泵并联工作。每台齿轮泵的成本为1800元左右，多台并联后总成本为5×1800=9000元，相比使用一台高性能大流量齿轮泵(假设高性能大流量齿轮泵成本为5000元)成本大幅增加。同时，多台泵并联工作增加了故障点，系统可靠性降低。假设单个齿轮泵的可靠性为92%(以百分比表示)，则5台并联后的可靠性为92%5≈65.908%。理想情况下，一台能够满足该大型桩工机械液压系统要求的齿轮泵应具备流量为600L/min，且能在 28MPa高压下稳定工作。而目前的齿轮泵在相同压力下，流量仅能达到120L/min，差距为600−120=480L/min。
无法实时监测和控制的影响
可靠性方面
不能实时监测齿轮泵的运行状态，无法及时发现潜在故障。例如，在一项对100台桩工机械的调查中，有20台因齿轮泵故障导致停工，其中因未能及时监测到泵的异常磨损、过热等问题而引发故障的占比达到70%。若能实现实时监测，通过传感器检测泵的温度、压力、振动等参数，可以提前预警故障，减少停工损失。假设每次因故障停工造成的损失为5000元，那么在一定时间内，平均每100台齿轮泵由于智能化程度低导致的损失可达20×70%×5000=70000元。
使用寿命方面
缺乏实时控制功能，无法根据实际工况调整泵的运行参数，可能导致设备过度磨损或在不利条件下运行。以某深基础工程领域桩工机械用齿轮泵为例，在理想的运行条件下，使用寿命可达8000h。但由于不能实时发现潜在故障和异常振动以及磨损，做出转速调整等控制措施，导致实际使用寿命仅为6800h(明显小于理想时长)。经过对50台使用该型号齿轮泵的桩工机械的统计，平均每台泵因智能化程度低导致的使用寿命缩短了8000−6800=1200h， 增加了设备更换成本。
能量损失与泄漏问题突出
能量利用率低
目前桩工机械用齿轮泵的能量利用率仅为60%左右。以一台功率为100kW的齿轮泵为例，在工作过程中,实际有效输出功率仅约为100×60%=60kW,而损失的功率为100×(1− 60%)=40kW。假设该泵每天工作8h,一年工作300d,则一年浪费的能量为100×(1−60%)×8×300=96000kW.h。以每千瓦时工业电费为0.6元计算, 一年因能量利用率低造成的电费损失为100×(1−60%)×8×300×0.6=57600元。
泄漏量占比高
泄漏量占总流量的3%～5%。以一台流量为200L/min的齿轮泵为例，泄漏量在200×3%=6L/min到200×5%=10L/min之间。同时，意外泄漏还会造成环境污染，增加处理成本。考虑泄漏对环境的影响以及后续处理费用，损失巨大。
3新质生产力视角下桩工机械用齿轮泵的发展趋向
3.1性能提升
高压化、大流量化
齿轮泵在工业领域是必不可少的。泵的耐压能力和流量输出可以通过对齿轮泵结构设计和材料选择的优化而得到明显的改善。 一方面，从结构设计上讲，齿轮的外形、尺寸以及啮合方式等都能得到很好的优化。如：采用新型渐开式的线齿形设计，可使齿轮啮合更顺畅，从而减少由于撞击而产生的压力波动，使齿轮泵耐压能力得到提高。合理设计泵体流道结构，可使流体阻力降低，流量输出也随之增加。 另一方面，从材料选用上来说，采用高强度合金钢制造齿轮和泵体。强度和耐磨性极佳的高强度合金钢，能承受得比较高的压力和磨损，使泵的寿命得到延长。 经过实际的验证，这些优化的措施可以使齿轮泵的性能得到明显的改善，从而为高效的工程齿轮泵运行提供强有力的保证。
低噪声化
在工业生产中，齿轮泵的噪声问题一直以来都备受关注。可采用如下先进降噪技术有效降低齿轮泵的噪声水平。首先，齿轮参数的合理计算选择是重要的降噪措施。可以通过对模数、齿数以及压力角等参数的精确测算和调整，使啮合更加顺畅，噪声也会因啮合良好而降低。比如适当减小模数，能使线速降低，从而减低噪声;同时对齿轮的传动比进行合理的齿数比选择，可使震动幅度降低。经过大量的试验和实际应用，以上措施一般可降低5～10dB。其次，采用吸声材料也是一种降噪的有效方法。吸声材料安装在齿轮泵的外壳内部或周围，如吸声棉、泡沫塑料、玻璃纤维等，能将噪声能量吸收掉，使噪声传播减少。这些吸声材料具有很好的吸声性能，可以消耗噪声转化为热能或其他形式的能量，可以起到很好的作用。试验表明，齿轮泵的噪声可以在安装吸声材料后降低8～12dB。此外，隔声的罩面是降噪的直接有效措施。隔声罩能完全包裹齿轮泵，阻隔其扩散到周围环境的途径。隔声罩一般采用多层结构，有吸声层、隔声层及防护层等; 吸声式隔声罩，如吸声棉等，能起到一定的吸收作用;隔声式隔声器有隔声筒、隔声板等。齿轮泵的噪声可以通过对隔声式隔声罩的结构、材料进行合理的设计而降低到10～15dB。综上所述，通过优化齿轮参数、采用吸声材料和安装隔声罩等先进的降噪技术，可以显著降低齿轮泵的噪声水平，为生产现场提供更加安静、舒适的环境。齿轮泵的噪声主要来源于齿轮啮合时的冲击和流体流动的噪声。假设原齿轮泵的噪声为N1(dB)，通过优化齿轮参数，使齿轮啮合时的冲击噪声降低了